烧结烟气联合脱硫脱硝工艺的比较

3.2 循环流化床联合脱硫脱氮技术

循环流化床传热效率高, 温度分布均匀, 气固相有很大的接触面积, 因此人们将其应用到烟气的净化处理中。在循环流化床内循环流化状态( 气速 4~ 6 m/  s) 下可获得相当于单颗粒滑落速度数十至上百倍的气固滑落速度。由于 SO2 与氢氧化钙的颗粒在循环流化床中的反应过程, 是一个外扩散控制的化学反应过程,  通过气固间大的滑落速度, 强化了气固间的传质、传热速率和气固混合, 从而满足了二氧化硫与氢氧化钙高效反应的条件要求。

流化床中巨大表面积的、激烈湍动的颗粒, 为水的快速汽化和快速可控的降温提供了根本保证, 从而创造了良好的化学反应温度条件( 露点以上 20~ 30 ) ,  使酸性氧化物与氢氧化钙的反应转化为瞬间完成的离子型反应。德国 Lurgi 公司研究开发了烟气循环流化床( CFB) 脱硫脱氮技术,  该方法用消石灰作为脱硫的吸收剂, 氨作为脱氮的还原剂, FeSO4 7H 2O 作为脱氮的催化剂, 该系统已在德国投入运行。结果表明, 在 Ca/ S 比为 1  2 ~ 1 5、NH3/ NOx 比为 0 7~ 1 03 时, 脱硫率为85% 左右, 脱氮率为 60% 左右[ 5] 。

国内有一些学者也研究开发粉煤灰脱硫脱氮技术, 该技术是将熟石灰、活性物质和粉煤灰加水在一定条件下消化, 制成高活性吸收剂,  放入具有独特内、外循环结构的烟气循环流化床中进行脱硫脱氮。实验证明, 该方法可获得 90% 左右的脱硫率和 63% 左右的脱氮率,  运行温度和烟气湿度是影响脱硫脱氮的主要因素。该方法运行可靠, 工艺简单, 投资成本和运行费用低[ 6] 。

3.3 半干喷雾脱硫脱氮技术

喷雾干燥烟气脱硫技术是一种比较成熟的脱硫技术, 该烟气脱硫系统一般由石灰浆制备、喷雾干燥塔和布袋除尘器( 或静电除尘器)  三部分组成。该系统通过高速旋转喷雾头将石灰浆喷入喷雾干燥塔, 与烟气中酸性物充分接触并

起中和反应, 利用烟气中的余热使石灰浆液中的水分蒸发, 脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放, 但是其脱氮效果有限。但美国匹兹堡能源技术中心研究表明,  提高喷雾干燥温度, 并在石灰中添加 NaOH , 可以显著提高脱氮率。1987年, 美国 Argonne 国家实验室在此研究的基础上发展了干法喷雾( 干石灰)  联合脱除 SO2 和 NOx 技术。

Sang Kw un 等发现亚氯酸钠是干法石灰喷雾脱硫脱氮工艺中最好的添加剂, 在此工艺中亚氯酸钠可脱除 75% NOx 。实验还证明, 提高温度可以促进  NOx 净化, 但会抑制 SO2 的捕集,因此, 该方法很难实现 SO2 和 NOx 的同时高度净化[ 7] 。

3.4 高能辐射- 化学脱硫脱氮方法

脉冲电晕等离子体脱硫脱氮技术是二十世纪 80 年代由 Masuda 等首先提出的。它是用纳秒级高压脉冲电晕放电产生等离子体, 裂解烟气中的 O2、H 2O  等分子, 产生大量的氧化性粒子, 氧化 SO2 和 NOx 成为 SO3 和 NO2, 并注入 NH3 气体, 产生硫酸铵、硝酸铵及其复盐的微粒,  再用电除尘器收集。氨的加入可以提高脱硫率, 但会使运行费用增加, 且易造成二次污染[ 8] 。Masuda  等在正脉冲电晕放电脱硫脱氮实验中发现增加烟气水含量可显著提高脱除效率。

3.5 奥钢联的 M EROS 烟气净化技术

奥钢联工程技术公司在烟气净化方面的技术发展主要经历了 AIRFINE、WETFINE、和MEROS 三个发展阶段。20 世纪 90  年代开发了WETFINE 湿法烟气净化系统, 进入 21 世纪, 随着欧洲环保要求的不断提高, 加之湿式气体清洗系统的高运行成本,  奥钢联又从对湿法除尘的研究转向了干法, 开发了 MEROS 烟气净化技术, 并于 2004 年在奥钢联林茨钢厂实验厂实验成功。2006  年在林茨钢厂实地进行建设, 系统处理风量为 620 000 Nm3/ h, 于 2007 年 7 月份正式投产。

M eros ( max im ized emission reduction of sintering)  即最大化降低烧结污染物排放。它是一种干式气体清洗系统, 主要由将烧结烟气冷却到低于 100  的工艺温度气体调节反应器、用于粉尘分离的高效脉冲喷射布袋过滤器、吸附剂计量和喷吹设备及粉尘控制回收系统组成。可将烧结废气中的粉尘、有害金属和有机物经过一系列处理步骤降低到较低水平,  满足日益严格的环境保护要求。其系统的操作过程包括: ( 1) 脱硫物、活性炭的逆向喷入; ( 2) 在双旋流喷嘴处喷入水分以调节反应温度; ( 3)  脉冲布袋除尘器脱去脱硫产物及粉尘颗粒; ( 4) 活性炭及脱硫物的重复再利用。

奥钢联开发的 MEROS 烟气净化技术确有很好的效果, 无论是在工艺设备投资、运行成本还是在除尘效率、脱硫效率以及废水、废弃物的处理方面都具有较强的优势,  在世界钢铁厂的烧结生产中引起了广泛的关注和兴趣。

4 烟气联合脱硫脱氮技术的经济分析

国内外都十分重视烟气脱硫脱硝系统的经济评价工作, 以上提及的各种技术中有些已经投入工业运行, 现将所知的投入工业运行的各工艺的主要经济指标列于表  1。

从表 1 中数据可见, 在投资费用上, 半干喷雾脱硫脱氮技术与循环流化床联合脱硫脱氮技术具有一定的优势,  而活性炭和活性焦吸附脱硫脱氮技术在运行费用上有一定的优势。

5 结 语

烟气联合脱硫脱硝技术的研究已成为当今烟气净化技术的发展趋势。然而, 现有的联合脱硫脱硝技术存在设备投资大、运行费用高、运行不稳定等缺点。就我国而言, SO2、NOx  的治理已成为十分迫切的问题。然而由于 SO2、NOx分段脱除设备造价昂贵, 运行费用高, 现有技术的大规模普及还存在很多问题, 因此,  开发符合我国国情的投资较少、运行费用较低的联合脱除技术将是大气污染控制领域里的重点课题。

针对钢铁联合企业烧结烟气开展联合脱硫脱硝, 我们必须结合我国钢铁企业烧结实际情况, 综合考虑环境效益、技术要求及经济成本等因素,  笔者认为以下几条应是我们开发脱硫、脱硝技术的指导原则:

1) 尽量减少投资成本和运行费用;

2) 工艺过程简单, 占地面积小, 技术成熟;

3) 脱硫脱硝剂来源方便, 价格低廉, 尽量使用钢铁生产工序产生的碱性副产物;

4) 脱硫脱硝率高, 进一步削减排放总量;

5) 副产品能回收利用, 对环境不造成二次污染, 可出售的副产品能被市场接受。

为了我国钢铁事业可持续发展, 钢铁企业的经济效益的获得再不能以肆意牺牲环境为代价。烧结废气脱硫脱硝的应用在我国大部分钢铁企业还没有实现工业化, SO2 及  NOx 年排放量呈上升趋势, 环境污染在加剧, 钢铁企业中SO2 及 NOx 的排放很大部分来自烧结废气, 脱除烧结废气中的 SO2 及 NOx  是解决酸雨污染的重中之重。从国内外烧结联合脱硫脱硝技术的发展现状来看, 有一部分技术比较成熟, 还有一些创新技术正在发展之中,  具有很好的应用前景。我国钢铁企业应根据本企业的实际情况,选择合理的烧结废气脱硫脱硝技术, 以促进环境与经济的协调发展。

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